[发明专利]基于石墨烯薄膜的透明电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术，具体为LED制造与封装领域。

背景技术

在许多光电子器件当中，透明导电层作为表面电流扩展起到了非常重要的作用，是某些光电子器件中非常重要的部分，不可缺少。这种材料要求有很高的透光率以及良好的导电性能。氧化铟锡（ITO）作为透明导电层在光电器件中有着非常广泛的应用，但是In作为一种稀土元素，储量非常有限。而且随着ITO大规模的使用，其价格也越来越高。造成最终器件的成本不断升高，而且随着开采In的储量下降严重，寻找一种替代材料来取代ITO已经成为了一个非常迫切的问题。ITO由于其材料本身性质，不适于弯折，对于柔性衬底并不是十分适用。其耐酸碱能力有限，很多常见的酸性物质都能对其进行腐蚀。随着石墨烯这种材料被发现，其优异的导电性和透光性迅速引起人们的注意，成为ITO这一传统透明导电层材料的替代材料之一。石墨烯作为透明导电层拥有以下有优点：高透光，单层石墨烯的透光率可达97.7%；高电子迁移率，随着生长技术的发展，电阻率会降的很低，而目前的水平已经能达到商用的水平；高化学稳定性，耐酸碱；大规模生产成本低；可以任意弯折，适合柔性衬底。但是石墨烯直接应用在某些光电子器件上有很多问题，其中最亟待解决的就是接触电阻过大，与光电子器件表面材料不能形成良好的欧姆接触，造成器件工作电压过大。比如GaN基LED，文献中报道小功率器件工作电压接近6V，但是正常的小功率GaN基LED工作电压在3V左右。人们已经采取了很多方法去改善这一问题，但是在降低工作电压的同时，却影响了透明导电层的穿透率，比如Ni/Au作为插入层在单层石墨烯与GaN蓝光LED之间，其整体够光率只有78%左右，而单层石墨烯的透光率最高可达97.7%，可见此插入层方案对透光率影响非常严重。又如，有人在p-GaN表面制作纳米ITO柱，可以很好的降低石墨烯和p-GaN接触电阻，但是对石墨烯薄膜的透光率影响依然很大，纳米结构的透光率只有90%左右，而且此种方案使用ITO量和常规ITO透明导电层没有差别，工艺复杂，难以控制，可重复性不高。

本方案提出一种新的石墨烯应用方法，可以很好的改善石墨烯与某些半导体材料（比如p-GaN）的接触问题，形成良好的接触，降低接触电阻，降低器件的工作电压，并且几乎不影响石墨烯的透光率，解决了目前无法兼得高透光率与低接触电阻这一难题。并且本方案相对之前方案，成本低，工艺简单，和目前主流半导体光电子器件工艺兼容。

发明内容

本发明的目的在于，通过提供基于石墨烯薄膜的透明电极的制备方法，可以很好的解决目前存在的这一问题，并且几乎不影响透明导电层整天的透光率。

本发明是采用以下技术手段实现的；

基于石墨烯薄膜的透明电极的制备方法，在石墨烯薄层与器件表面之间插入ITO纳米薄层；包括以下步骤：

1.1.将GaN基LED外延片（208）进行清洗；GaN基LED外延片（208）自上层往下层包括：p-GaN层（203），多量子阱层（204），n-GaN层（205），u-GaN层（206），蓝宝石层（207）；

用丙酮、乙醇煮沸，去离子水冲洗多遍，王水煮沸，去离子水冲洗多遍；

1.2.在p-GaN层（203）上制作第一纳米ITO薄层（202），厚度为7-10nm；

1.3.放入炉管退火；

1.4.将第二石墨烯薄膜层（201）转移到步骤1.3所述退火后的在p-GaN层（203）上制作的第一纳米ITO薄层（202）上；

1.5.在步骤1.4所述的第一纳米ITO薄层（202）上光刻定义出台阶区域，并且利用台阶上的光刻胶作为掩模，去除第二石墨烯薄膜层（201）和第一纳米ITO薄层（202），然后进行ICP刻蚀，直至刻蚀到n-GaN为止；

1.6.光刻定义出透明导电层的图形第二石墨烯薄膜层（201）和第一纳米ITO薄层（202）；包括在压焊金属圆台下刻蚀出圆孔，实现电流阻挡，以及增加金属电极与器件的粘附性；

1.7.光刻出与步骤1.6中电极图形，制作金属电极；

1.8.进行超声剥离；

1.9.GaN基LED所需的后段工艺。

前述的步骤1.2的厚度包括电子束蒸发和磁控溅射。

前述的步骤1.3的退火时间为10-30分钟，温度为400-650度。

本发明还可以采用以下技术手段实现：

基于石墨烯薄膜的透明电极的制备方法，在石墨烯薄层与器件表面之间插入ITO纳米薄层；包括以下步骤：